[發(fā)明專利]形狀不規(guī)則堅硬物體沖擊接觸點搜尋與沖擊力測量方法、山洪泥石流大塊石沖擊力測量方法

有效

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• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112016210B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設計）人: 陳曉清;陳劍剛;趙萬玉;唐金波;司光武;金科
• 申請（專利權）人: 中國科學院;水利部成都山地災害與環(huán)境研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙) 51212
• 代理人: 張帆;張端陽

本發(fā)明公開形狀不規(guī)則堅硬物體沖擊接觸點搜尋與沖擊力測量方法、山洪泥石流大塊石沖擊力測量方法。本發(fā)明形狀不規(guī)則堅硬物體沖擊接觸點搜尋方法，對物體側面正投影二維平面進行圖像圖形分析處理，標記物體輪廓線上的全局凸出段為接觸點集合。本發(fā)明形狀不規(guī)則堅硬物體沖擊力測量方法，是考慮形狀不規(guī)則堅硬物體沖擊接觸點因曲率半徑R對沖擊力分布產生影響的沖擊力測量方法。本發(fā)明野外大塊石運動沖擊力測量方法、山洪/泥石流大塊石沖擊力測量方法及其應用，是針對性解決地質災害中大塊石運動沖擊測量的方法及其在防治工程構筑體設計中的應用。本發(fā)明方法硬件設備要求低、計算量小、適用領域廣，科學準確且經濟，能滿足多種領域的物體沖擊分析。

技術領域

本發(fā)明涉及一種形狀不規(guī)則堅硬物體沖擊接觸的計算機處理方法及其應用，以及野外大塊石與山洪/泥石流大塊石沖擊力測量方法及其應用，屬于計算機圖像處理與圖形分析技術、運動物體測量技術、山地災害監(jiān)測與防治技術領域。

背景技術

山洪/泥石流是多相流體，其運動特征具有高度復雜性。山洪/泥石流的主要成分是液相漿體及各種粒徑的塊石，在重力作用下漿體攜帶大量塊石向下游迅速移動，對所經過的工程結構造成巨大沖擊。在山洪/泥石流沖擊運動中，大塊石沖擊作用是造成工程結構破壞的主要原因，甚至是最主要原因。對山洪/泥石流沖擊運動的分析中，對大塊石沖擊運動過程的模擬與分析一直是山洪/泥石流破壞研究的重點與難點之一，也是山洪/泥石流監(jiān)測防治技術的重點。

由于山洪/泥石流大塊石數量多且形狀各異，為簡化計算過程、降低計算工程量，尤其是滿足在山洪/泥石流災害發(fā)生后應急響應的時間要求，現在技術在對山洪/泥石流大塊石沖擊運動模擬與分析中，均是在將大塊石簡化成球體的前提下，結合大塊石的質量、運動速度、以及大塊石和被沖擊物材料的力學性質等條件建立固體力學彈性接觸模型，完成相關測量。這類技術方案存在非常明顯的缺陷：山洪/泥石流大塊石是由上游溝道兩岸山體崩滑產生，表面形狀極不規(guī)則，大塊石在山洪泥石流中的運動方式、沖擊工程結構時的接觸位置具有很大不確定性，所有可能沖擊接觸點具有不同的曲率半徑?，F有技術將大塊石簡化為球體基礎上的沖擊運動模擬與分析計算實質上是假定大塊石沖擊運動中所有可能的沖擊接觸點均等質等效且對產生的沖擊力分布無影響，由此導致沖擊力測量結果無論在理論上還是實際測量中都存在明顯偏差，并進一步導致工程結構設計偏保守。

解決上述問題的理想方法是將山洪/泥石流大塊石還原為真實的不規(guī)則形狀再進行相關計算。Keng-Wit Lim 2015博士論文《顆粒介質的離散建模：一種基于NURBS的方法》(Discrete Modeling of Granular Media:A NURBS-based Approach)提供了一種利用三維重構準確描繪形狀不規(guī)則堅硬物體真實形狀的基礎上解決該物體與外部接觸問題的方法，能夠獲得更真實的計算結果。但該方法的實施需要良好的硬件支持與較大的計算量，兩者都與山地災害實際工作條件不契合，也與災害發(fā)生后的應急響應時間要求有差異，因而難以在山洪/泥石流防治工程實踐中有效應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種山洪/泥石流大塊石沖擊力的測量方法，該方法能夠在克服將山洪/泥石流大塊石簡化為球體的技術缺陷的同時滿足快速計算的需要。

為實現上述目的，本發(fā)明將山洪/泥石流大塊石還原為形狀不規(guī)則堅硬物體，并首先提供一種形狀不規(guī)則堅硬物體沖擊接觸點搜尋方法，其技術方案如下：

一種形狀不規(guī)則堅硬物體沖擊接觸點搜尋方法，其特征在于：在二維平面圖形中搜索形狀不規(guī)則堅硬物體的所有沖擊接觸點，依如下步驟實施：

步驟S1、對形狀不規(guī)則堅硬物體外表面拍照，獲取所有側面的側面正投影二維圖，所有側面正投影二維圖中形狀不規(guī)則堅硬物體的圖像相互無重疊；

步驟S2、對于每一張側面正投影二維圖，構建不規(guī)則堅硬物體的輪廓線，標記為物體輪廓線，找出物體輪廓線上凹凸段分界點，裁掉物體輪廓線上所有凹陷段，保留所有凸出段，得到側面凸出段圖；